За осигуряване на ефективната работа на дата центровете се харчат огромни количества електрическа енергия. През 2013 г. само в дата центровете на САЩ бяха приблизително 91 милиарда киловатчаса енергия, което е равносилно на годишното производство на 34 големи въглищни електрически станции.
Електричеството остава една от основните разходни статии за компаниите-собственици на ЦОД, поради което те предприемат усилия за на ефективността на работа на изчислителната инфраструктура. За това се прилагат различни технически решения, част от които ще обсъдим днес.
/ фото
Виртуализация
Когато става въпрос за повишаване на енергийната ефективност, виртуализацията предлага няколко неоспорими предимства. Първо, консолидацията на съществуващите услуги на по-малко хардуерни сървъри води до спестявания в поддръжката на „желязото“, което означава намаляване на разходите за охлаждане, електрическа енергия и заеманите площи. Второ, виртуализацията позволява оптимизиране на използването на хардуерни ресурси и гъвкаво на виртуалните мощности директно в процеса на работа.
Компаниите NRDC и Anthesis проведоха съвместно и установиха, че при замяната на 3100 сървъра с 150 виртуални хостове може да се постигне намаление на разходите за електрическа енергия с $2,1 млн. годишно. Организацията, която е обект на интерес, спести разходи за поддръжка и закупуване на оборудване, намали числеността на системните администратори, получи гаранция за възстановяване на данни в случай на проблеми и се освободи от необходимостта да построи още един дата център.
Според Gartner, през 2016 година нивото на виртуализация в много компании ще надмине 75%, а самият пазар ще бъде оценен на $5,6 млрд. Въпреки това съществуват определени фактори, които възпрепятстват широкото разпространение на виртуализацията. Една от основните причини остава сложността на „преструктурирането“ на дата центровете към нова работна модел, тъй като разходите за това често надхвърлят потенциалната изгода.
Системи за управление на енергийното потребление
Такива системи позволяват да се повиши енергийната ефективност на охладителната система или да се намали енергийното потребление на ИТ оборудването, което в крайна сметка води до минимизиране на разходите. В този случай се използва специално , което следи активността на сървърите, потреблението и цената на електричеството, автоматично преразпределяйки натоварването и дори изключвайки оборудването.
Един от видовете софтуер за управление на енергийното потребление е системите за управление на инфраструктурата на дата центровете (DCIM), които се използват за контрол, анализ и прогнозиране на показателите за енергийна ефективност на различно оборудване. Повечето DCIM инструменти не се използват за пряко контролиране на енергийното потребление на ИТ и друго оборудване, но много системи са оборудвани с калкулатори за PUE (Power usage effectiveness). Според данни от Intel и Dell DCIM, такива решения 53% от ИТ мениджърите.
Днес голяма част от хардуера вече е насочена към икономично потребление на енергия, но по време на покупка на 'желязо' често се обръща повече внимание на първоначалната цена или производителността, отколкото на общата стойност на притежание, поради което енергийно ефективното оборудване остава . Освен намаляване на сметките за електричество, такова оборудване също и количеството на CO2 емисиите в атмосферата.
Сжимането на данни
Съществуват и по-малко очевидни подходи за повишаване на енергийната ефективност на дата центровете, например, намаляване на обема на съхраняваните данни. Компресията на рядко използвани данни да спести до 30% енергия, дори като се има предвид, че за компресията и разопаковането също се изразходват ресурси. Дедупликацията на данни може да покаже още по-привлекателен резултат – 40-50%. В същото време е важно да се отбележи, че намаляване на електропотреблението също помага използването на нискомощни хранилища за 'студени' данни.
Изключването на 'зомби сървърите'
Една от проблемите, водещи до неефективно потребление на електрическа енергия в дата центровете, е бездействието на оборудването. Експертите , че някои компании не могат реално да оценят необходимото количество ресурси, а останалите закупуват сървърни мощности с разчет за бъдеще. В резултат почти 30% от сървърите стоят без работа, консумирайки същевременно енергия на стойност $30 млрд годишно.
В същото време, според проучване, ИТ мениджърите да идентифицират от 15 до 30% от инсталираните сървъри, но не спират оборудването, страхувайки се от възможни последствия. Само 14% от анкетираните водят отчет на неизползваните сървъри и знаят приблизителното им количество.
Един от вариантите за решение на този проблем е използването на публични облаци с модел на плащане pay-as-you-go, при който компанията плаща само за реално използваните мощности. По тази схема вече работят множество компании, а собственикът на дата центъра Aligned Energy в Плейно, Тексас, твърди, че това позволява на клиентите да спестяват от 30 до 50% годишно.
Управление на микроклимата на дата центъра
На енергийната ефективност на дата центъра микроклимата на помещението, в което се намира оборудването. За ефективна работа на охладителните установки е необходимо да се минимизират загубите на студ, изолирайки помещението на ЦОД от въздействията на външната среда и предотвратявайки топлообмен през стените, тавана и пода. Отличен начин е пароизолацията, която освен това регулира нивото на влажност в помещението.
Прекалено висока влажност може да доведе до различни грешки в работата на оборудването, повишен износ и корозия, а прекалено ниска – до възникване на електростатични разряди. определя оптималното ниво на относителна влажност за дата центъра в интервала от 40 до 55%.
Ефективното разпределение на въздушните потоци също може да спести 20–25% от консумираната електрическа енергия. В това ще помогне правилното разположение на стелажите: разделяне на машинните зали на ЦОД на "студени" и "горещи" коридори. При това трябва да се осигури изолация на коридорите: да се инсталират на необходимите места перфорирани плочи и да се използват панели-тапи между редовете сървъри за предотвратяване на смесване на въздушните потоци.
Важно да се обмисли не само позицията на оборудването, но и разположението на климатичните системи. При разделянето на залата на "студени" и "горещи" коридори, климатиците трябва да се монтират перпендикулярно на горещите въздушни потоци, за да се предотврати проникването на последните в коридора със студен въздух.
Не по-малко важен аспект на ефективното управление на температурата в ЦОД е позиционирането на проводниците, които могат да затруднят движението на въздушните потоци, намалявайки статичното налягане и понижавайки ефективността на охлаждането на ИТ оборудването. Решението на проблема е преместването на кабелни канали от под фалшивия под по-близо до тавана.
Естествено и течностно охлаждане
Отлична алтернатива на специализираните климат-контролни системи е естественото охлаждане, което може да бъде използвано през хладните месеци. Днешните технологии предлагат възможност за превключване на икономайзера, когато позволяват метеорологичните условия. Според проучване на Battelle Laboratories, естественото охлаждане намалява разходите за електричество на дата центровете с 13%.
Съществуват два типа икономайзери: такива, които използват само сух въздух, и такива, които използват допълнително орошение при недостатъчно охлаждане на въздуха. Някои системи могат да комбинират различни типове икономайзери, формиращи многостепенни охлаждащи системи.
Но въздушните охлаждащи системи често се оказват неефективни заради смесването на потоковете въздух или невъзможността да се използва отделеното излишно топло. Освен това, инсталирането на такива системи често носи допълнителни разходи за въздушни филтри и постоянен мониторинг.
Много експерти смятат, че течностното охлаждане справя по-добре със задачата си. Представителят на датския производител Asetek, специализиращ се в създаването на системи за течностно охлаждане на сървъри, Джон Хемил (John Hamill), , че течността е приблизително 4000 пъти по-ефективна по отношение на съхранението и предаването на топлина, отколкото въздухът. По време на експеримент, проведен от Lawrence Berkeley National Laboratory в сътрудничество с корпорацията American Power Conversion и Silicon Valley Leadership Group, беше , благодарение на използването на течностно охлаждане и подаването на вода от охладителите, спестяването на енергия в някои случаи достига 50%.
Други технологии
Днес съществуват три направления, чието развитие ще помогне за по-ефективната работа на дата центровете: използването на многоядрени процесори, вградени системи за охлаждане и охлаждане на ниво чип.
Производителите на компютри вярват, че многоядрените процесори, завършвайки повече задачи за кратък период, ще намалят енергийната консумация на сървърите с 40%. Пример за ефективността на вградената система за охлаждане е решението CoolFrame на компанията Egenera и Emerson Network Power. То улавя горещия въздух, излизащ от сървърите, охлажда го и „изхвърля“ обратно в помещението, като по този начин намалява натоварването на основната система с 23%.
Що се отнася до охлаждането на чиповете позволява отвеждане на топлината директно от „горещите точки“ на сървъра, като централни процесорни устройства, графични процесори и модули памет, в околния въздух на стелажа или извън машинната зала.
Увеличаването на енергийната ефективност стана истинска тенденция днес, което не е изненадващо, като се има предвид обемът на консумацията в дата центровете: 25-40% от всички оперативни разходи отиват за сметките за електрическа енергия. Но основният проблем е, че всеки киловат-час, който ИТ оборудването консумира, се превръща в топлина, която след това се отстранява с помощта на охладителни системи, изискващи много енергия. Поради това, в следващите години намаляването на енергопотреблението на дата центровете ще остане актуално – ще се появяват все нови методи за повишаване на енергийната ефективност на ЦОД.
Други материали от нашия блог на Хабра:
Източник: habr.com
